專利名稱：一種基于故障諧振頻率的保護方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領域，具體地涉及一種繼電保護方法。 技術(shù)背景在超、特高壓遠距離輸電線路上，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，對繼電保護的 快速性提出嚴格的要求，要求保護動作時間在20ms以內(nèi)。由于具有分裂導線的輸電線 路分布電容較大，有效電阻很小，線路發(fā)生短路故障時，網(wǎng)絡的衰減時間常數(shù)較大，短 路時電流、電壓的暫態(tài)分量衰減很慢，暫態(tài)過程將持續(xù)一段較長的時間，繼電保護將不 可避免地要承受各種暫態(tài)電流的影響，目前廣泛采用的繼電保護裝置是基于50Hz工頻 量的保護原理。為了減小暫態(tài)分量對保護的影響，基于工頻量的保護需要設置濾波環(huán)節(jié)，但這并 不能完全濾除暫態(tài)分量，影響保護的靈敏度；目前廣泛采用全周傅式算法和半周傅式算 法提取工頻電氣量，所需數(shù)據(jù)窗長度至少為10ms，影響了保護的動作速度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷，提出了一種基于故障諧振頻率的保護方法。 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案一種基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述的方法包括步驟(1) 采集保護裝置安裝處的線路一側(cè)A、 B、 C三相電流和零序電流，通過差分算 法濾除非周期分量，計算A、 B、 C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量；(2) 當線路發(fā)生短路故障時，將所采集的零序電流與零序電流整定值進行比較， 如果所述零序電流大于該零序電流整定值，則判斷為線路發(fā)生接地故障，如果零序電流 小于整定值，則判斷為線路發(fā)生相間短路故障；(3) 根據(jù)所述A、 B、 C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量，判斷 接地故障相或相間短路故障相。對于接地故障，如果三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 B兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且 A、 B兩相電流的頻譜能量大于C相電流的頻譜能量，判斷為AB兩相接地故障；如果三 相電流頻譜相關(guān)度中，B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且B、 C兩相電流的頻譜能量大 于A相電流的頻譜能量，判斷為BC兩相接地故障；如果三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 C兩 相電流頻譜相關(guān)度最大，且A、 C兩相電流的頻譜能量大于B相電流的頻譜能量，判斷為AC兩相接地故障。對于接地故障，如果三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 B兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且 A、 B兩相電流的頻譜能量小于C相電流的頻譜能量，判斷為C相接地故障；如果三相電 流頻譜相關(guān)度中，B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且B、 C兩相電流的頻譜能量小于A 相電流的頻譜能量，判斷為A相接地故障；如果三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 C兩相電 流頻譜相關(guān)度最大，且A、 C兩相電流的頻譜能量小于B相電流的頻譜能量，判斷為B 兩相接地故障。對于相間短路，如果A、 B、 C三相電流頻譜相關(guān)度都大于電流頻譜相關(guān)度整定值， 判斷為三相短路故障；如果僅A、 B兩相電流頻譜相關(guān)度大于電流頻譜相關(guān)度整定值， 判斷為AB兩相短路故障；如果僅B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度大于電流頻譜相關(guān)度整定值， 判斷為BC兩相短路故障；如果僅A、 C兩相電流頻譜相關(guān)度大于電流頻譜相關(guān)度整定值， 判斷為AC兩相短路故障；線路一側(cè)ABC三相電流頻譜能量及電流頻譜相關(guān)度由下述公式(1)和(2)確定。E(X) = |>2(") (1)"=0其中RX)——電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C;——電流頻譜離散采樣點，X分別為A、 B、 C;N——采樣點個數(shù)?！?，miii(五(X),五(Y)) 一 max(五(X)， E(Y)) max(五(X),五(Y)) (2)其中/V-卿-五(Y)———-電流頻譜相關(guān)度，X，少分別為A、 B、 C; -電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C;-電流頻譜能量，Y分別為A、 B、 C; -電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C;-電流頻譜離散采樣點，y分別為A、 B、 C;N——采樣點個數(shù)。在故障識別的基礎上，計算線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度，如果大于第 二電流頻譜相關(guān)度整定值，判斷為區(qū)外故障；如果小于第二電流頻譜相關(guān)度整定值，判 斷為區(qū)內(nèi)故障。線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度計算公式由公式(3)確定。=念、；、乂 min(卿,五(X')) maxCE"(X)，単'))max(五(X)，E(X')) (3)——線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度，X,X'分別為A、 B、 C;-線路一側(cè)故障相電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C; —線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜離散采樣點，x'分別為A、 B、 C; 一線路一側(cè)故障相電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C;:t，(w)-卿-五(X，)——線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜能量，X'分別為A、 B、 C; N——采樣點個數(shù)。本發(fā)明公開的基于故障諧振頻率的保護方法，不受系統(tǒng)振蕩和負荷電流的影響，十 分有利于快速、可靠地切除故障，有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全、有利于提高供電的可 靠性。
圖1是基于故障諧振頻率的保護方法中關(guān)于故障選相流程圖； 圖2是基于故障諧振頻率的保護方法中區(qū)內(nèi)故障判據(jù)流程圖。
具體實施方式
下面根據(jù)說明書附圖并結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所要求保護的技術(shù)方案進行詳細說明?；诠收现C振頻率的故障選相基本原理如下當線路發(fā)生短路故障時，會產(chǎn)生大量的暫態(tài)分量，而暫態(tài)高頻分量在頻域上表現(xiàn) 為諧振頻率的形式，發(fā)生接地故障時，零序電流較大，對于單相接地故障，由于輸電線 路之間存在電磁耦合，若三相線路之間的耦合系數(shù)相等，兩非故障相上感應到的暫態(tài)分 量頻譜相同，電流頻譜相關(guān)度為1，且故障相的電流頻譜能量大于非故障相的電流頻譜 能量；對于兩相接地故障，兩非故障相電流頻譜相關(guān)度較大，且故障相的電流頻譜能量 大于非故障相的電流頻譜能量。發(fā)生相間短路時，零序電流接近于0，兩相短路時，兩 故障相電流頻譜相關(guān)度接近1，故障相和非故障相之間的電流頻譜相關(guān)度接近0;三相 短路時，A、 B、 C三相電流頻譜相關(guān)度都較大。根據(jù)以上特征，構(gòu)成基于故障諧振頻率 的故障選相原理?；诠收现C振頻率的保護判據(jù)原理如下路兩側(cè)對應故障相的電流頻譜相關(guān)度接近1;區(qū)內(nèi)故障時，流過線路兩側(cè)的電流差異很 大，所以線路兩側(cè)對應故障相的電流頻譜相關(guān)度遠小于1;根據(jù)以上特征構(gòu)成基于故障 諧振頻率的保護判據(jù)原理。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述的方法包括步驟(1) 采集保護裝置安裝處的線路一側(cè)A、 B、 C三相電流和零序電流，通過差分算 法濾除非周期分量，計算A、 B、 C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量；(2) 當線路發(fā)生短路故障時，將所采集的零序電流與零序電流整定值進行比較， 如果所述零序電流大于該零序電流整定值，則判斷為線路發(fā)生接地故障，如果零序電流 小于整定值，則判斷為線路發(fā)生相間短路故障；(3) 根據(jù)所述A、 B、 C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量，判斷 接地故障相或相間短路故障相。下面根據(jù)說明書附圖對上述技術(shù)方案進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明基于故障諧振頻率保護方法中的故障選相流程圖。如圖1所示，所 述的基于故障諧振頻率的故障選相流程包括采集線路一側(cè)A、 B、 C三相電流(/A， 7b， 和零序電流(/。)，經(jīng)過差分算法濾除非周期分量，計算厶，/b， /c:的頻譜，然后計算厶，ie， /c的頻譜能量(f(A)、 f(B)、MC))和A、 B、 C三相電流頻譜之間的相關(guān)系數(shù)(Pab， pk， PAC)。線路一側(cè)A、 B、 C三相電流頻譜能量及電流頻譜相關(guān)度分別由下述公式(1)和(2) 確定，卿=2>2(")w=0(1)其中廚X)——電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C;——電流頻譜離散采樣點，義分別為A、 B、 C;N——采樣點個數(shù)。w=0，min(五(X),五(Y》 max(五(X),五(Y)) max(五(X), Y))(2)其中——電流頻譜相關(guān)度，X，少分別為A、 B、 C;風X)——電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C; 五(Y)——電流頻譜能量，Y分別為A、 B、 C;譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C; 乂w)——電流頻譜離散采樣點，y分別為A、 B、 C; N——采樣點個數(shù)。如果io大于零序電流整定值E uS i為0. 1倍額定電流，然后比較P他々BC和々AC的大小，若三者中/^最大，且雖)〉膽)，判斷為AB兩相接地故障(ABg)，反之，MA) < MC)，判斷為C相接地(Cg);若三者中Pbc最大，且柳)〉湖，判斷為BC兩相接地故障(BCg)，反之，"B)〈"A)，判斷為A相接地(Ag);若三者中Ac最大，且雖)〉柳)， 判斷為AC兩相接地故障(ACg)，反之，"A)< f(B),判斷為B相接地(Bg)。如果/。小于整定值e,，且pAB， /^和/^都大于整定值e2，判斷為ABC三相短 路(ABC);若僅PAB> e 2 ( e 2取0. 5)，判斷為AB兩相短路(AB);若僅PK〉 e 2，判斷為 BC兩相短路(BC);若僅P》e2，判斷為AC兩相短路(AC)。圖2是本發(fā)明基于故障諧振頻率保護方法中有關(guān)是否為區(qū)內(nèi)故障的保護判據(jù)流程 圖。如圖2所示，所述的基于故障諧振頻率的保護判據(jù)流程包括在故障選相的基礎上，如果A相為故障相，計算線路兩側(cè)A相的電流頻譜相關(guān)度 Pm，，若大于整定值e 3 ( e 3取0. 5)，判斷為區(qū)外故障，若小于整定值e 3， 判斷為區(qū)內(nèi)故障；線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度計算公式由公式(3)確定。AT》(")X'(")_ min(柳^(X'))且'—max(五(X)，五(X')) maxCE"(X),五(X'))(3)其中Pxrx，(w)-——線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度，X,X'分別為A、 B、 C; -線路一側(cè)故障相電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C;—線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜離散采樣點，X'分別為A、 B、 C;—線路一側(cè)故障相電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C;卿-￡(X，)——線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜能量，X，分別為A、 B、 C; N——采樣點個數(shù)。如果B相為故障相，計算線路兩端B相的電流頻譜相關(guān)度PBB.，若Pbb.大于整定 值h，判斷為區(qū)外故障，若PBB.小于整定值h，判斷為區(qū)內(nèi)故障；如果C相為故障相，計算線路兩端C相的電流頻譜相關(guān)度per ，若/^.大于整定 值e3，判斷為區(qū)外故障，若小于整定值h，判斷為區(qū)內(nèi)故障。該方案利用故障諧振頻率進行故障選相和構(gòu)成保護判據(jù)，不受系統(tǒng)振蕩和負荷電9流的影響，經(jīng)電力系統(tǒng)仿真軟件(PSCAD)驗證，該方案所需數(shù)據(jù)窗小于10ms，十分有 利于快速、可靠地切除故障，有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全、有利于提高供電的可靠性。 為了說明和描述的目的，己經(jīng)提供了本發(fā)明優(yōu)選實施例的前面的描述。它不是詳盡 的或者限制本發(fā)明為揭露的精確的形式。按照上面的教導許多修改和變化是可能的。本 發(fā)明的范圍不是由這個詳細的描述限定，而是由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述的方法包括步驟(1)采集保護裝置安裝處的線路一側(cè)A、B、C三相電流和零序電流，通過差分算法濾除非周期分量，計算A、B、C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量；(2)當線路發(fā)生短路故障時，將所采集的零序電流與預設的零序電流整定值進行比較，如果所述零序電流大于所述零序電流整定值，則判斷為線路發(fā)生接地故障，如果零序電流小于所述零序電流整定值，則判斷為線路發(fā)生相間短路故障；(3)根據(jù)所述A、B、C三相電流之間的頻譜相關(guān)度和三相電流的頻譜能量，判斷所述線路的接地故障相或所述線路的相間短路故障相。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述零序 電流整定值優(yōu)選為0. 1倍額定電流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，當判 斷線路發(fā)生接地故障時，如果在所述計算的三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 B兩相電流頻譜 相關(guān)度最大，且A、 B兩相電流的頻譜能量大于C相電流的頻譜能量，判斷為A、 B兩相 接地故障；如果在所述三相電流頻譜相關(guān)度中，B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且B、 C兩 相電流的頻譜能量大于A相電流的頻譜能量，判斷為B、 C兩相接地故障；如果在所述三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且A、 C兩 相電流的頻譜能量大于B相電流的頻譜能量，判斷為A、 C兩相接地故障；如果在所述三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 B兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且A、 B兩相 電流的頻譜能量小于C相電流的頻譜能量，判斷為C相接地故障；如果在所述三相電流頻譜相關(guān)度中，B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且B、 C兩 相電流的頻譜能量小于A相電流的頻譜能量，判斷為A相接地故障；如果在所述三相電流頻譜相關(guān)度中，A、 C兩相電流頻譜相關(guān)度最大，且A、 C兩 相電流的頻譜能量小于B相電流的頻譜能量，判斷為B兩相接地故障。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，當線 路發(fā)生相間短路故障時，如果A、 B、 C三相電流頻譜相關(guān)度都大于頻譜相關(guān)度整定值時， 判斷為線路發(fā)生了三相短路故障；如果僅A、 B兩相電流頻譜相關(guān)度大于所述電流頻譜相關(guān)度整定值，判斷為A、 B兩 相短路故障；如果僅B、 C兩相電流頻譜相關(guān)度大于電流頻譜相關(guān)度整定值，判斷為B、 C兩相短路故障；如果僅A、 C兩相電流頻譜相關(guān)度大于電流頻譜相關(guān)度整定值，判斷為A、 C兩相短 路故障。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述頻譜 相關(guān)度整定值優(yōu)選為0.5。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，線路一側(cè) A、 B、 C三相電流頻譜能量及電流頻譜相關(guān)度分別由下述公式(1)和(2)確定，<formula>formula see original document page 3</formula>其中:￡(X)——電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相；——電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C,代表A、 B、 C三相；N—-采樣點個數(shù)；<formula>formula see original document page 3</formula>其中:<formula>formula see original document page 3</formula>-電流頻譜相關(guān)度，x，；;分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相； -電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相；-電流頻譜能量，Y分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相； -電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相；-電流頻譜離散采樣點，y分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相；N——采樣點個數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，在故 障選相的基礎上，通過計算所述線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度，判斷所述故障 為區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，當所述線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度大于第二電流 頻譜相關(guān)度整定值時，判斷為區(qū)外故障；當所述線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度 小于第二電流頻譜相關(guān)度整定值時，判斷為區(qū)內(nèi)故障。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，線路兩側(cè) 故障相電流之間的頻譜相關(guān)度計算公式由公式(3)確定。<formula>formula see original document page 3</formula>其中/^X--線路兩側(cè)故障相電流之間的頻譜相關(guān)度，X，X'分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相； ——線路一側(cè)故障相電流頻譜離散采樣點，x分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相；x'(")——線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜離散采樣點，x'分別為A、 B、 C，代表A、 B、 C三相; ￡(X)——線路一側(cè)故障相電流頻譜能量，X分別為A、 B、 C，代表A、 B、C三相；￡ (X')——線路另一側(cè)對應故障相電流頻譜能量，X'分別為A、 B、 C，代 表A、 B、 C三相； N——采樣點個數(shù)。
9、根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于故障諧振頻率的保護方法，其特征在于，所述 第二電流頻譜相關(guān)度整定值的取值優(yōu)選為0. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于故障諧振頻率的保護方法，所述方法包括故障選相和保護判據(jù)。通過計算故障后輸電線路單側(cè)A、B、C三相電流之間的頻譜相關(guān)度及電流頻譜能量判斷故障類型和識別故障相，在此基礎上，計算輸電線路兩側(cè)故障相電流的頻譜相關(guān)度，若頻譜相關(guān)度大于整定值，判斷為區(qū)外故障，反之，判斷為區(qū)內(nèi)故障。采用本發(fā)明后，保護可以在10ms以內(nèi)動作，不受系統(tǒng)振蕩和負荷電流的影響，十分有利于快速、可靠地切除故障，有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全、有利于提高供電的可靠性。
文檔編號H02H7/26GK101593971SQ200910082300
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者王興國, 黃少鋒 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;華北電力大學